Research Progress on Rapid Detection Technologies for Pathogenic Bacteria in Food

NI Yang， ZHANG Shangshang （Qinhuangdao Food and Drug Inspection Center， Qinhuangdao O66ooo， China）

Abstract： Food safety isues are increasingly drawing global atention. As one of the primary factors causing foodborne diseases，the rapid and accurate detection of pathogenic bacteria is crucial for public health. In recent years，traditional culture methods have been gradually replaced by eficient and sensitive rapid testing technologies due to their longer processing times.This article systematically reviews the current mainstream technologies for rapid detectionof pathogenic bacteriainfood，including molecular biology methods，immunological methods，sensor technology，as well ascutting-edge detection methods based on nanomaterials and microfluidic chips. By analyzing the principles，advantages，and limitations of each technology，and discussing their applicability and development trends in practical applications，it aims to provide theoretical support and reference basis forthe construction of an efficient， convenient， and on-site food safety detection system.

Keywords： food safety; pathogenic bacteria; rapid detection; molecular biology

隨著食品工業的快速發展和全球食品貿易的加速，食品安全問題愈發引起公眾和政府的廣泛關注。食源性致病菌，如沙門氏菌（Salmonella）、大腸桿菌 O157：H7 、單核細胞增生李斯特菌（Listeriamonocytogenes）以及金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）等，是引發食源性疾病的主要病原體。據世界衛生組織統計，每年全球有數億人因食用被致病菌污染的食品而感染相關疾病，尤其對嬰幼兒、老年人及免疫力低下人群構成嚴重威脅。因此，建立高效、靈敏、便捷的致病菌檢測技術，對提升食品安全監管能力具有重要意義。傳統的微生物培養法雖具有良好的準確性和標準化程度，但其操作煩瑣、耗時較長，難以滿足現代食品生產對快速響應與大批量檢測的需求。近年來，隨著分子生物學、免疫學、納米技術及微流控等領域的發展，多種新型致病菌快速檢測技術應運而生。本文旨在系統梳理和評估當前主流快速檢測方法的技術原理、應用現狀與發展趨勢，探討其在食品安全領域的適應性及未來研究方向，為相關研究與實踐提供參考依據。

1分子生物學檢測技術

1.1聚合酶鏈式反應及其衍生技術

聚合酶鏈式反應（PolymeraseChainReaction，PCR）是最早用于食品致病菌檢測的分子生物學技術之一，其核心在于通過特異性引物擴增目標基因序列，從而實現病原體的高靈敏檢測。其衍生技術如實時熒光定量PCR可實時監控擴增過程，不僅提升了準確性，也可實現半定量或絕對定量分析，已廣泛應用于商業檢測產品中[]。多重PCR通過多組引物同時擴增多個致病菌目標片段，提高了檢測通量和檢測效率，但在引物設計、擴增效率平衡等方面仍存在一定的技術挑戰。此外，數字PCR作為新興技術，可利用液滴或微反應單元實現高精度定量，尤其適用于痕量樣品檢測，但由于其較高的設備成本和操作復雜性，目前尚未實現大規模推廣應用。

1.2 等溫擴增技術

等溫擴增技術克服了PCR對熱循環設備的依賴，適合現場快速檢測。常見類型包括環介導等溫擴增（Loop-mediated Isothermal Amplification，LAMP）、重組酶聚合擴增（RecombinasePolymeraseAmplification，RPA）、滾環擴增（RollingCircleAmplification，RCA）等。其中，LAMP技術以4～6個引物識別目標區域，擴增效率高，可通過肉眼或比色法讀數，適合與簡易便攜設備結合使用。其主要挑戰在于非特異性擴增易產生假陽性，需優化引物設計與反應體系。RPA技術可在體溫條件下完成擴增，速度快（約20min ），操作簡單，可與側向層析條、熒光探針、CRISPR系統等結合開發新型平臺[2]。雖然目前尚處于技術開發階段，但其在便攜式檢測設備中的應用前景廣闊。

1.3 高通量測序技術

高通量測序（High-Throughput Sequencing，HTS）是近年來興起的一種先進分子檢測技術，能夠在短時間內對食品中的微生物群落進行全面解析。其核心優勢在于無須預先知道自標致病菌的基因序列，即可通過對樣本中所有微生物DNA進行測序，精確識別食物中可能存在的多種致病菌及其變異株。相比傳統PCR方法，HTS能夠提供更加全面、靈敏和定量的信息，尤其適用于復雜樣品中未知病原體的檢測。在食品安全領域，HTS已廣泛應用于溯源分析和大規模監測。通過構建病原菌數據庫，HTS技術可快速識別新興病原體和突發性污染事件[3]。此外，隨著測序成本的逐年下降，HTS技術的應用逐步從高端研究機構擴展至中小型實驗室。然而，盡管HTS技術具有極高的檢測精度，高成本、長檢測周期及數據分析復雜性依然限制了其在日常食品檢測中的廣泛應用。

2免疫學檢測技術

2.1酶聯免疫吸附法

酶聯免疫吸附試驗（Enzyme-LinkedImmunosorbentAssay，ELISA）是一種經典的免疫學檢測方法，利用抗原與抗體之間的高度特異性結合，通過酶與底物反應產生可測信號，從而間接判斷目標致病菌的存在與濃度。其檢測原理主要包括將目標抗原固定于固相載體（如微孔板），再依次加入特異性酶標抗體與底物，最終通過比色讀數判斷反應強度。ELISA檢測具有較高的靈敏度和特異性，檢測限可達 10²～10³CFU?mL^-1 ，適合食品中沙門氏菌、大腸桿菌 O157：H7 等常見病原菌的篩查與定量分析[4]。該技術已廣泛應用于乳制品、肉制品、水產品等領域，并已形成成熟的商業化試劑盒。其優勢在于方法標準化程度高、適合高通量檢測，便于實驗室推廣。然而，該方法檢測周期相對較長，通常需要2＼～5h ，且對樣品處理、操作步驟及酶反應條件要求較高，存在一定的技術門檻，不適用于即時現場檢測。此外，基質干擾和抗體交叉反應也可能影響結果準確性。針對這些問題，近年來研究者正在通過納米酶、多重ELISA及自動化平臺等手段優化其性能。

2.2 免疫層析快速檢測技術

免疫層析技術是一種基于毛細作用和抗原抗體反應的快速檢測方法，常用于開發膠體金試紙條、熒光層析卡等便攜式檢測設備。其核心原理是將標記抗體（如膠體金或熒光微球）固定在層析試紙上，當樣品加入后，目標致病菌抗原與標記抗體結合并隨樣品流動至檢測線，若存在目標物則出現可見線條或熒光信號。該技術具有檢測速度快（通常在 15～ 30min ）、操作簡便、無須復雜儀器的優點，非常適合食品生產現場、口岸檢疫、市場抽檢等實際應用場景。常見的應用包括沙門氏菌、李斯特菌、志賀氏菌等致病菌的現場快速篩查。近年來，隨著標記材料的發展，免疫層析檢測的靈敏度和穩定性不斷提升，如使用量子點、上轉換納米粒子等材料可實現更低檢測限和多重檢測能力。然而，免疫層析方法普遍存在靈敏度偏低、難以定量、抗體穩定性受限等問題。為解決這些問題，研究者正積極探索可視信號放大、讀數儀集成以及多靶標檢測一體化技術，以提升其實用性和數據準確性。

2.3 新型免疫傳感技術

新型免疫傳感器技術融合了免疫識別與現代傳感技術，通過抗原抗體專一性結合觸發信號轉換，實現對食品中致病菌的快速、靈敏檢測。根據信號輸出方式的不同，該技術可分為電化學型、光學型、壓電型等多種類型。以電化學免疫傳感器為例，其利用電流、電壓或電阻的變化來反映抗原抗體反應的程度，具有響應速度快、可微型化和便于集成的特點。光學免疫傳感器則通過熒光、表面增強拉曼散射等方式進行信號輸出，可實現高靈敏的可視化檢測[5]。近年來，隨著納米材料、生物功能界面和微納制造技術的快速發展，免疫傳感器的檢測限已顯著下降，部分系統可實現對單個細菌的檢測。此外，結合微流控芯片、智能手機及無線通信模塊的便攜式傳感平臺也逐漸興起，實現了從樣品處理到信號讀取的“一體化”操作。但目前該類技術多處于實驗室研發階段，仍面臨穩定性、成本和標準化方面的挑戰。未來，免疫傳感器有望在食品鏈各環節實現快速預警和智能監控，成為食品安全監測的重要工具。

3新型傳感技術

3.1納米材料輔助傳感技術

納米材料具有優異的表面功能化能力和信號放大效應，在食品致病菌檢測領域展現出顯著優勢，可用于提高傳感器的捕獲效率和信噪比。例如，金納米顆粒因其良好的生物相容性和可調控光學性質，常被用于顏色變化型免疫傳感系統，能在短時間內肉眼識別陽性反應；碳點、石墨烯氧化物等材料也被廣泛用于電化學和熒光檢測中，實現了超靈敏的信號轉換。此外，磁性納米顆粒可用于前處理過程中對目標致病菌的富集，提高系統整體檢測靈敏度。這類納米技術的輔助策略已被證明可將檢測限降低至個位數CFU·mL-水平，但在實際應用中仍面臨生物相容性和生產一致性的工程挑戰。

3.2微流控芯片技術

微流控芯片技術通過在芯片內部的微通道中對微量樣品進行流體操控與反應整合，實現了“樣品進、結果出”的全流程自動化檢測，具有樣本需求少、反應效率高、便于集成多功能模塊等優點。通過與PCR、LAMP、免疫反應等體系整合，可顯著縮短操作流程與響應時間[。近年來發展出的紙基微流控技術因其低成本、易批量制造的特性，在食品安全現場檢測中應用潛力巨大。例如，結合LAMP與比色讀數的紙基芯片可在 30min 內完成對大腸桿菌O157：H7的可視化檢測，為資源匱乏地區的快速檢測提供了便利。然而，微流控系統的商業化推廣仍面臨材料耐久性、反應模塊兼容性以及批量制造標準化等技術障礙，需進一步優化設計與生產工藝。

3.3智能傳感系統與物聯網集成

隨著智能制造和大數據技術的發展，食品致病菌檢測也正向“智能傳感 + 無線傳輸 + 遠程監控”的方向拓展。一些研究通過將生物傳感器與無線通信模塊集成，開發出具備實時在線監測功能的系統，可通過手機App或云平臺遠程獲取檢測數據，極大提升食品企業與監管機構對關鍵節點的預警能力。例如，基于藍牙模塊的電化學傳感器可實現對沙門氏菌的遠程檢測結果上傳；結合機器學習算法的圖像識別系統則可自動讀取比色試紙條結果，提升讀數準確性并減少人為誤差。然而，該類系統尚處于技術探索與示范應用階段，未來有望在食品冷鏈物流、倉儲監測、餐飲終端等場景中發揮重要作用。

4結語

食品中致病菌的快速檢測技術在保障食品安全和公共健康方面具有重要意義。當前主流的檢測手段包括分子生物學方法（如實時熒光定量PCR、LAMP）、免疫學技術（如ELISA、免疫層析）以及融合納米材料、微流控與智能傳感的新興技術，這些技術在檢測速度、靈敏度和便攜性等方面均取得了顯著進展。但與此同時，這些方法在復雜樣本的適應性、檢測標準化、成本控制和多靶標集成等方面仍面臨挑戰。未來的研究應聚焦于系統的集成化、小型化與智能化發展，加強多學科交叉融合，并推動檢測方法的標準化與產業化落地。通過構建高效、穩定、可追溯的食品安全檢測體系，有望實現從“快速響應”向“主動預警”的轉變，為食品行業與公共監管提供更有力的技術支持。

參考文獻

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